急性抗體介導排斥反應中能量代謝失衡致移植物損傷機制的研究進展

周禹瑄，張勇

首都醫科大學附屬北京天壇醫院泌尿外科，北京100050

器官移植是挽救終末期器官衰竭患者的重要手段。但目前器官移植仍面臨諸多困難和挑戰，如供體嚴重短缺、移植排斥反應以及器官移植相關的法規尚不完善等。同種異體組織或器官移植后，外來的組織或器官作為一種“異已成分”被受者免疫系統識別，并針對移植物發起攻擊、破壞、清除等免疫學反應，這一過程被稱為排斥反應。排斥反應是影響移植物存活的重要因素之一，其發生機制主要涉及細胞免疫和體液免疫兩個方面。細胞免疫常在急性排斥反應中起主導作用，而體液免疫在排斥反應中亦發揮著重要作用，尤其是超急性排斥反應和慢性排斥反應。這種以抗體、補體等體液免疫效應因子介導的急性排斥反應被稱為急性抗體介導排斥反應（AMR），是導致移植物損傷的首要原因，也是器官移植面臨的難題之一。能量代謝是指體內物質代謝過程中所伴隨著能量釋放、貯存、轉移和利用的過程，是維持人體生命活動的基本環節。能量代謝失衡會引起細胞、組織或器官的代謝特征改變，從而影響其正常的結構和功能。有學者認為，能量代謝失衡還會通過多種途徑影響移植排斥反應。本文結合文獻就AMR 能量代謝失衡致移植物損傷的研究進展作一綜述。

1 AMR致移植物損傷概述

在器官移植過程中常發生排斥反應，按其發生機制可分為細胞介導的排斥反應和抗體介導的排斥反應兩種。AMR 通常發生在器官移植術后數小時至一個月內，是一種可導致移植物功能突然減退的急性排斥反應。AMR 常規抗排斥治療效果不理想，臨床預后較差。因此，早期診斷AMR，及時阻斷抗體介導的免疫反應，是減輕移植物損傷和保證移植物長期存活的關鍵［1］。

AMR 致移植物損傷的機制主要有兩種：一種是過敏性排斥反應，即受者在器官移植前因輸血、移植或妊娠等原因，體內已形成預存抗體，移植物進入體內后，預存抗體與移植物上的抗原結合，激活補體系統，從而攻擊移植物血管內皮細胞，造成移植物缺血壞死；另一種是移植物上的抗原直接刺激并激活受者免疫系統，使受者B 細胞產生供者特異性抗體（DSA），這些DSA既可激活補體系統，又可誘導抗體依賴性細胞產生細胞毒作用，從而攻擊移植物，造成移植物損傷甚至失活。

依據Banff-2017 移植腎病理分類方案，活動性AMR 的診斷需要滿足以下條件：急性組織損傷組織學證據；現在或近期抗體與血管內皮細胞相互作用證據；血清DSA陽性（HLA或其他抗原的DSA）［2］。

2 AMR中能量代謝失衡致移植物損傷的機制

能量代謝是指體內物質代謝過程中所伴隨著能量釋放、貯存、轉移和利用的過程，是維持人體生命活動的基本環節。能量代謝一方面為生命活動提供能量，另一方面為維持生命活動必需物質的生物合成提供豐富的底物。能量代謝失衡會引起細胞、組織或器官的代謝特征改變，從而影響其正常的結構和功能。在AMR 中，能量代謝失衡能夠從細胞、分子和器官三個層面上引起移植物損傷［3］。

2.1 免疫細胞能量代謝失衡致移植物損傷

2.1.1 B細胞能量代謝失衡致移植物損傷 B細胞的主要功能是呈遞抗原、產生抗體和分泌細胞因子參與免疫調節。在自身免疫性疾病中，B 細胞可作為致病性淋巴細胞發揮作用。在B細胞分化和活化過程中，其能量代謝方式會發生顯著變化。在B 細胞分化過程中，其代謝方式以氧化磷酸化為主，然而B 細胞前體細胞受能量代謝限制，過度激活可誘導前體B 細胞死亡。B 細胞活化則依賴氧化磷酸化和糖酵解所產生的能量，使B細胞進入高代謝狀態，以提高氧化磷酸化為主，糖酵解則為核苷酸合成提供底物，活化的B細胞主要底物是谷氨酰胺，線粒體呼吸功能由腺苷酸活化的蛋白激酶（AMPK）維持。B 細胞活化后分化為漿細胞，漿細胞分泌抗體發揮免疫效應。漿細胞可直接消耗長鏈脂肪酸，而葡萄糖分解產生的丙酮酸則可作為漿細胞的備用代謝底物。雖然糖酵解可補充三磷酸腺苷（ATP），但漿細胞攝取的大部分葡萄糖還是通過己糖胺生物合成途徑進行抗體糖基化［4-5］。

發生AMR 后，B 細胞的能量代謝失調、免疫耐受功能遭到破壞，導致B細胞功能異常，在炎癥因子刺激下，B 細胞活化、降解抗原，并通過MHC Ⅱ類分子重新呈遞抗原片段。這些分子能夠以間接的抗原呈遞方式與Th2 細胞相互作用，促進活化的B 細胞分化為漿細胞并產生DSA。DSA 可能是受者原有的，也可能是移植后新產生的，B 細胞遷移至淋巴結形成生發中心，并經歷增殖、多樣化和增加抗原親和力等過程，放大抗原抗體反應。同種異型抗原、B 細胞活化因子及其他因素共同打破了上述平衡，使得DSA攻擊移植物，最終導致移植物損傷［6］。

2.1.2 T 細胞能量代謝失衡致移植物損傷 CD4+T 細胞可促進B 細胞的活化、增殖和分化，誘導高親和力抗體產生，是機體適應性免疫的重要組成部分。T 細胞激活和分化的關鍵是葡萄糖轉運蛋白（GLUT1）增加。T 細胞通過GLUT1提高葡萄糖攝入量，促進細胞生長成熟和效應T 細胞增殖。在T 細胞活化過程中，初始T 細胞遇到抗原呈遞細胞時，T 細胞抗原受體（TCR）與呈遞的抗原親和力升高，在促炎環境中，T細胞代謝水平升高，激活AMPK，同時TCR 復合體還可促進糖酵解，增加鈣依賴性活性氧（ROS）產生，促進T 細胞線粒體攝取鈣離子，進一步激活T 細胞氧化磷酸化，產生大量ATP 及代謝副產物［7-8］。AMPK 和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號通路在調節T 細胞能量代謝過程中發揮核心作用。AMPK 作為一種營養和能量傳感器，可感知細胞內ATP 水平。在低ATP 環境下，AMPK可通過磷酸化特異性的酶和位點，增加ATP 生成并降低其消耗，以此來維持能量平衡。AMPK 信號通路可通過驅動谷氨酸轉運蛋白和谷氨酰胺水解基因表達來維持細胞能量代謝［9］。mTOR 是PI3K 相關激酶家族中的一種絲氨酸/酪氨酸蛋白激酶，可整合多種細胞外信號，從而參與基因轉錄、蛋白質翻譯、核糖體合成等生物學過程，在細胞生長、凋亡、自噬及代謝等過程中發揮重要作用［10-11］。

CD4+T細胞在誘導DSA產生及抗體介導的排斥反應中發揮重要作用。發生AMR 后，B 細胞識別并內吞抗原，進一步處理形成抗原肽-MHC Ⅱ類分子復合物，供輔助性T 細胞識別，激活B 細胞進入濾泡并增殖形成生發中心，進一步分化并產生高親和力抗體，從而引起抗原抗體反應，造成移植物損傷［12］。

2.1.3 巨噬細胞能量代謝失衡致移植物損傷 巨噬細胞是一種重要的免疫細胞，具有高度異質性，主要分為M1 型巨噬細胞和M2 型巨噬細胞兩個亞群。除了產生ATP 外，巨噬細胞還可通過糖酵解和磷酸戊糖途徑促進核酸、蛋白質及脂質合成［13］。M1型巨噬細胞傾向于有氧糖酵解進行能量代謝，可被脂多糖或Th1細胞因子激活，產生促炎細胞因子，發揮促炎作用。M2 型巨噬細胞傾向于通過氧化磷酸化進行能量代謝，可被Th2 細胞因子IL-4、IL-13 激活，產生抑炎細胞因子，發揮抗炎作用［14］。GLUT1 在巨噬細胞中被LPS刺激后過表達，導致葡萄糖攝取增加，巨噬細胞的代謝模式由氧化磷酸化轉化為有氧糖酵解，通過此途徑將丙酮酸轉化為乳酸，使它們能夠重新利用線粒體產生ROS，而不是ATP。因此，ROS 的產生穩定了缺氧誘導因子1α（HIF-1α）并促使促炎細胞因子產生［15］。

AMR 致移植物損傷的核心機制是移植物纖維化。有研究報道，巨噬細胞數量與移植物損傷程度呈正相關關系，其中M2 型巨噬細胞可轉化為肌成纖維細胞，促進移植物組織修復并進一步導致其纖維化，器官移植術后巨噬細胞和肌成纖維細胞增加則可能預示AMR 發生［16］。巨噬細胞還與B 細胞、血小板存在密切聯系，不僅可成為相互激活的始動因素，又可激活后相互作用，從而導致移植物損傷。但在移植排斥反應過程中，巨噬細胞既可作為炎癥的效應細胞，促進免疫反應發生，又可作為免疫調節細胞，誘導機體免疫耐受，抑制免疫應答。

2.1.4 中性粒細胞能量代謝失衡致移植物損傷 中性粒細胞來源于骨髓干細胞，屬于多形核粒細胞。成熟的中性粒細胞中只有少量線粒體，其線粒體呼吸作用消耗的葡萄糖僅占細胞消耗全部葡萄糖的5%。因此，中性粒細胞的三羧酸循環水平很低，主要依靠磷酸戊糖途徑進行糖代謝。在靜息狀態下，中性粒細胞的代謝水平很低，而當吞噬作用發生后，磷酸戊糖途徑的相關酶活性可提高10～20 倍，以保證產生充足的ROS而發揮生物學功能。

中性粒細胞通過攻擊組織、創造炎癥環境和形成新表位，在自身免疫性疾病發生、發展中發揮重要作用。AMR 發生后，中性粒細胞被募集到同種異體移植物中，通過產生ROS 以及多種組織消化酶和中性粒細胞彈性蛋白酶介導細胞損傷，并通過獨特的程序性細胞死亡形式介導移植物細胞損傷。但中性粒細胞也可調節免疫耐受，抑制T細胞反應，并促使巨噬細胞向M2表型極化［17］。

2.2 移植物能量代謝失衡致移植物損傷的機制 器官離體后，移植物將不可避免地經歷低氧環境。代謝重編程是移植物細胞的重要調節途徑。當氧濃度較低時，細胞可通過增加糖酵解來產生ATP，從而維持細胞正常的能量供給。細胞的能量代謝途徑對于葡萄糖、氨基酸、核苷酸和脂肪酸之間的碳交換至關重要，必要時脂肪酸和氨基酸也可作為底物進入三羧酸循環。因此，細胞可在主要營養物質和氧濃度變化時改變能量和底物需求，以維持細胞的正常功能［18］。

在器官移植過程中，移植物細胞內環境改變造成炎癥反應和ROS 聚集，進而導致移植物功能恢復延遲，從而影響移植物的遠期結局。此外，移植物細胞內環境改變還會導致出現新的抗原表位，這些抗原表位的產生機制有兩種：一種是在器官離體經歷低氧環境后，細胞膜原本致密的磷脂三維空間結構受到破壞，導致可被抗原呈遞細胞識別的分子暴露出來；另一種是原本處于細胞內部的抗原，由于細胞膜受損或滲透壓改變，導致細胞內的抗原被抗原呈遞細胞識別，誘發或加重移植后排斥反應，從而對移植物造成不可逆性損傷［19-20］。

2.3 影響能量代謝分子致移植物損傷的機制 細胞能量代謝高度依賴蛋白質或酶等分子參與，這些分子可通過催化底物發生化學反應或與細胞靶點結合，從而影響細胞的代謝水平，甚至改變細胞的代謝特征。本文主要闡述膜外三磷酸腺苷二磷酸水解酶1（NTPDase-1）和缺氧誘導因子1（HIF-1）這兩種影響能量代謝分子致移植物損傷的機制。

2.3.1 NTPDase-1 與移植物損傷 NTPDase-1 是一種廣泛表達于血管內皮細胞及各種免疫細胞的水解酶，其生物學功能是催化水解細胞外的ATP 和二磷酸腺苷（ADP）轉化為磷酸腺苷（AMP），在水解過程中ATP 和ADP 釋放能量，維持胞外AMP 的動態平衡，使免疫細胞維持在靜息狀態［21］。

AMR發生后，移植物受到DSA攻擊，同時還可通過活化免疫細胞對移植物造成免疫和炎癥損傷，在諸多因素的共同作用下導致血管內皮損傷。血管內皮上的NTPDase-1結構和功能被破壞，不能正常催化水解細胞外ADP 轉化為AMP，導致細胞外ADP 蓄積。細胞外ADP 可與血小板表面特異性受體結合，迅速激活血小板，血小板的代謝產物可激活白細胞分泌白三烯，后者可使中性粒細胞和嗜酸性粒細胞黏附于血管內皮，血小板激活因子則可增加血管通透性，二者共同損傷血管內皮；而損傷的血管內皮進一步募集血小板，激活凝血因子，形成凝血瀑布級聯反應，最終對移植物造成不可逆性損傷。除上述損傷機制外，微血栓形成也是造成移植物不可逆性損傷的重要原因［22］。如果微血栓持續存在，則可造成移植物局灶性壞死，導致移植物功能障礙。因此，阻斷血小板活化、黏附和聚集或許是抑制AMR的有效途徑。

當B 細胞處于靜息狀態時，NTPDase-1 正常水解胞外ADP，使胞外AMP 達到動態平衡。但當AMR 發后時，NTPDase-1 功能異常，胞外ADP 蓄積并作為B 細胞活化的始動因素，促使部分B 細胞分化為漿細胞，繼而產生DSA，引起抗體介導的排斥反應，進而導致移植物損傷。有研究表明，在腎移植術后發生AMR時，B細胞NTPDase-1活性顯著增強，從而引起移植腎間質纖維化［23］。

此外，AMR 發生后胞外ADP蓄積還可活化巨噬細胞，而活化的巨噬細胞能夠直接攻擊并吞噬移植物細胞、呈遞抗原、分泌免疫因子，誘導自身免疫應答，繼而對移植物造成不可逆性損傷［24］。

2.3.2 HIF-1與移植物損傷 HIF-1是一種低氧誘導結合蛋白，是誘導低氧基因表達和促使細胞適應低氧內環境的重要轉錄調節因子。HIF-1 主要由HIF-1α和HIF-1β 兩個亞單位組成。HIF-1α 對氧氣十分敏感。在低氧環境下，HIF-1α進入細胞核，作用于靶基因的低氧反應元件上，激活靶基因的轉錄表達。HIF-1α有數百種靶基因，可影響諸多病理生理過程。

脯氨酰羥化酶（PHD）是調節HIF-1 活性和穩定性的關鍵酶。在缺氧條件下，PHD 活性被抑制，HIF-1 穩定表達，進而調節并促進多種基因轉錄。在氧含量正常條件下，HIF-1α 會被PHD 羥基化，被泛素-蛋白酶水解復合體降解［25］。移植過程會出現缺氧情況，而缺氧會導致免疫細胞的靜息狀態受到影響，導致AMR 發生，進一步加重移植物細胞能量代謝失衡。KOCYIGIT 等［26］研究報道，p-AKT、p-S6和HIF-1α 表達以及供體類型、冷缺血時間和供體年齡與移植腎功能延遲恢復（DGF）有關；進一步多因素分析發現，HIF-1α 表達和供體類型是DGF 的獨立危險因素。以上研究表明，HIF-1α 表達上調可能是腎移植術后早期恢復的一個預測指標。

綜上所述，AMR 發生后，免疫細胞能量代謝失衡可導致免疫功能紊亂，進而導致移植物損傷；當長時間經歷低氧環境后，移植物出現能量代謝失衡，移植物細胞將暴露新的抗原表位，繼而被免疫系統識別并清除，誘發或加重移植后排斥反應，從而對移植物造成不可逆性損傷；NTPDase-1、HIF-1 等影響能量代謝分子可通過催化底物分解和結合細胞特定靶點調節機體代謝水平，改變移植物細胞能量代謝失衡進程，從而影響移植物長期預后。但能量代謝失衡與AMR 致移植物損傷的具體機制仍不完全清楚，尚需進一步研究和探索。